KR101150956B1

KR101150956B1 - 전도체 분말 혼입식 주교공법

Info

Publication number: KR101150956B1
Application number: KR1020110121808A
Authority: KR
Inventors: 정경문; 이희만; 신동윤; 유영호
Original assignee: 주식회사 도화엔지니어링; 청인건설 주식회사; 주식회사 코어스이엔지
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-05-29

Abstract

본 발명은 지반의 보강이나 차수(遮水)를 위하여 지반 내부에 시멘트액이나 물유리(water glass) 등의 주입재(20)를 고압으로 주입하는 주교(注膠, grouting) 공법에 관한 것으로, 주입재(20)에 전도체 분말을 혼합하여 주교한 후 해당 지역에 대한 전기비저항탐사(電氣比抵抗探査)를 실시하여 주교상태를 확인할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 주교가 실시된 지반의 주교상태 즉, 주입재(20)의 확산범위 및 밀도 등을 정밀하게 확인할 수 있으며, 이로써 주교공정의 정도(精度) 및 지반 개량 효과를 제고할 수 있다.

Description

전도체 분말 혼입식 주교공법{GROUTING METHOD USING ELECTRIC CONDUCTING TRACER}

본 발명은 지반의 보강이나 차수(遮水)를 위하여 지반 내부에 시멘트액이나 물유리(water glass) 등의 주입재(20)를 고압으로 주입하는 주교(注膠, grouting) 공법에 관한 것으로, 주입재(20)에 전도체 분말을 혼합하여 주교한 후 해당 지역에 대한 전기비저항탐사(電氣比抵抗探査)를 실시하여 주교상태를 확인할 수 있도록 한 것이다.

주교란 연약지반, 댐 등 수공구조물의 기초지반 또는 터널 주변지반과 같이 지반개량, 차수 및 지반 지지력 강화 필요성이 있는 지점에 시멘트액 또는 물유리 등의 액상 주입재(20)를 고압으로 주입하여 토립자간 공극이나 암반의 절리 및 공동에 충전, 고화되도록 함으로써 지지력 또는 차수능을 향상시키는 지반개량공법으로서, 통상 선단부에 액상 주입재(20) 분출 노즐 등이 형성된 주입관(14)을 소요지점까지 관입시키거나, 팩커(packer)가 설치된 주입관(14)을 기 천공된 주입공에 투입한 후, 주입재(20)를 압송하여 지반에 침투시키게 되며, 침투된 액상 주입재(20)는 고결(固結)되어 지반내 주상체(柱狀體) 또는 벽체(壁體)를 견고하게 형성하게 된다.

이러한 주교를 수행하는 주교장치는 도 1에서와 같이, 시멘트 등 입자상 재료와 배합수를 최초 혼합하여 액상 주입재(20)를 구성하는 혼합기, 혼합된 주입재(20)를 지속적으로 교반하여 재료분리 및 불요(不要) 고화를 방지하는 교반기(12) 및 교반된 주입재(20)를 지반내에 관입된 주입관(14)을 통하여 고압으로 주입하는 주입펌프(13) 등으로 구성된다.

주교에 사용되는 액상 주입재(20)는 지반내 소요지점까지 압송되는 과정에서는 유동성을 유지하여야 하는 반면 일단 지반내 침투된 후에는 가급적 급결되어 지하수에 의한 주입재(20)의 유실을 방지하여야 할 필요성이 있다.

이에 주입재(20)에는 조강(早强)시멘트가 적용되며 주교장치는 혼합기 및 교반기(12)가 일관구성되어 주입직전까지 지속적인 교반을 실시함으로써 불요(不要) 고화 및 재료분리 등을 방지하게 된다.

주입관(14)의 지반내 관입은 시추장치의 로드(rod) 자체를 주입관(14)으로 활용하거나, 케이싱(casing)에 의하여 공벽이 유지되는 굴착공에 별도의 주입관(14)을 투입하는 방식으로 이루어질 수 있다.

케이싱에 의하여 공벽이 유지되는 기성 굴착공에 주입관(14)을 투입하는 경우 일단 주교 대상 지반에 케이싱(casing) 및 굴착비트(掘鑿bit)를 관입하여 공벽이 유지되는 굴착공을 형성하고, 계획 심도까지 굴착공 형성이 완료되면 케이싱을 존치한 상태에서 굴착비트를 철수한 후, 굴착공으로 주입관(14)을 투입함으로써 주입관(14)의 지반내 관입이 이루어지는데, 이때 주입관(14)의 선단부에는 압축공기 등으로 작동되는 팩커(packer)를 설치하여, 팩커를 팽창함으로써 주입관(14) 선단부 지반과 팩커 배후 굴착공간 기밀을 확보하게 된다.

주입관(14)의 주교대상 지반내 관입이 완료되면 주입펌프(13)를 통하여 주입관(14)으로 액상 주입재(20)를 고압 압송하여 주입관(14) 선단 주변 지반에 주입재(20)를 침투시키게 되는데, 주입관(14)을 통하여 주입재(20)를 분출함과 동시에 주입관(14)을 인발함으로써 도 1에서와 같이 지반내에 주입재(20)로 구성된 주상체를 형성할 수 있으며, 케이싱을 통하여 주입관(14)을 관입시킨 경우에는 주입관(14)과 케이싱을 동반 인발하여 주상체를 형성하게 된다.

주교에 의한 지반개량 공법은 여타 지반개량 공법과 마찬가지로 시공 후 개량 대상 지반의 개질 상태 및 공간적 범위에 대한 직접적인 확인이 불가능한 문제점이 있다.

주교 실시 후 대상 지반의 개질 상태는 주입재(20)의 주입량 및 주입압력을 통하여 간접적으로 추정하거나 시추조사 등을 통하여 확인하게 되는데, 전자의 방법은 주입재(20)의 지반내 과다 확산 또는 지하수 등에 의한 유실을 전혀 반영할 수 없으며, 후자의 방법은 주입재(20)의 완전한 고결 후 실시하여야 할 뿐 아니라 많은 비용이 소요되고 특히, 제한된 시추공을 통하여 전체 주교 대상 지역의 상태를 정확하게 파악할 수 없는 심각한 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 주입재(20)에 전도체 분말을 혼합한 후 주교를 실시하여, 지반내 주교 영역의 전기비저항을 극적으로 변화시키고 이를 전기비저항탐사를 통하여 검측함으로써, 해당 지반의 주교상태를 신속하고 정밀하게 파악할 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 발명은 지반 내부에 액상 주입재(20)를 고압으로 주입한 후 고결시켜 지반을 개량하는 주교(注膠, grouting) 공법에 있어서, 주입재(20)에 전도체 분말을 혼합 및 교반하여 지반내 주입하고, 해당 지반에 대한 전기비저항탐사를 실시하여 주입재(20)의 지반내 상태를 확인함을 특징으로 하는 전도체 분말 혼입식 주교공법이며, 상기 전도체 분말은 환원철분(還元鐵粉), 전해철분(電解鐵粉), 분무철분(噴霧鐵粉), 전해동분(電解銅粉) 또는 분무동분(噴霧銅粉)임을 특징으로 하는 전도체 분말 혼입식 주교공법이다.

본 발명을 통하여, 주교가 실시된 지반의 주교상태 즉, 주입재(20)의 확산범위 및 밀도 등을 정밀하게 확인할 수 있으며, 이로써 주교공정의 정도(精度) 및 지반 개량 효과를 제고할 수 있다.

특히, 시추조사 등 고비용 저효율의 직접 조사 없이도 주교상태의 정밀한 검측이 가능하며, 주입재(20)의 완전한 고결이 이루어지지 않은 상태에서도 주교상태의 검측이 가능할 뿐 아니라, 주교 작업의 진행과 동시에 주입재(20)의 침투 및 확산상태의 실시간 검측도 가능하여 주교공법 전반에 걸친 공정 및 품질관리의 획기적인 개선이 가능하다.

도 1은 주교장치 및 주교공법 설명도
도 2는 전기비저항탐사 전극배열 예시도
도 3은 본 발명이 적용된 지반의 전기비저항탐사 결과 예시도

본 발명의 상세한 구성 및 수행 절차를 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1은 주교장치를 예시한 것으로, 시멘트 등 입자상 재료와 배합수를 최초 혼합하여 액상 주입재(20)를 구성하는 혼합기, 혼합된 주입재(20)를 지속적으로 교반하여 재료분리 및 불요(不要) 고화를 방지하는 교반기(12), 교반된 주입재(20)를 지반내에 관입된 주입관(14)을 통하여 고압으로 주입하는 주입펌프(13) 및 지반에 관입되어 주입재(20)를 압송, 분출하는 주입관(14) 등으로 구성된다.

주입재(20)의 혼합 및 교반을 수행하는 혼합조(11)와 교반기(12)는 도면상 분리되어 있으나, 단일 장치로 통합되어 운용될 수도 있으며, 본 발명에서 시멘트 등 주입재(20)와 전도체 분말은 혼합조(11) 또는 교반기(12)에서 혼합되어 주입펌프(13)로 공급되는데, 시멘트 등 주입재(20) 혼합액내 전도체 분말의 균일한 분산상태를 유지할 수 있도록 지속적인 교반을 실시한다.

주교가 진행되는 과정에서 주입재(20)는 혼합, 교반, 압송 및 분출에 이르는 단계를 거치게 되는데, 이러한 과정에서 액상의 주입재(20) 내에서 전도체 분말이 균일한 분산상태를 유지할 수 있도록 전도체는 미세한 분말 형태를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 전도체 분말내 불순물 함량을 낮추고 주입재(20)와 혼합시 양호한 분산상태를 나타내도록 함으로써, 추후 전기비저항탐사시 측정 감도를 향상시키고 정량적 측정이 가능하도록 하여 지반내 주입재(20)의 확산밀도도 검측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이에 본 발명에서는 순도가 높을 뿐 아니라 미세한 입경을 가지는 분말야금용 금속분(金屬粉)을 전도체 분말로서 활용하여 정밀한 검측이 가능하도록 하였으며, 이러한 분말야금용 전도성 금속분으로는 환원철분(還元鐵粉), 전해철분(電解鐵粉), 분무철분(噴霧鐵粉), 전해동분(電解銅粉) 또는 분무동분(噴霧銅粉) 등을 들 수 있다.

주입관(14)을 통한 주입재(20)의 지반내 주입이 완료되면, 해당 지반에 대한 전기비저항탐사를 실시하여 주교상태를 확인하게 된다.

전기비저항탐사는 한 쌍의 전극을 이용하여 지하에 전류를 흐르게 하고 그 결과 발생되는 전위분포를 지표면에서 다른 한 쌍의 전극으로 측정하여 지반내 이상대(異常帶) 또는 비균질대(非均質帶)를 탐사하는 물리탐사법으로서, 탐사 결과는 지반내 특정 지대의 전기비저항으로 표시된다.

전기비저항은 전기전도도의 역수로서, 철광석 등을 제외한 대부분의 광물입자는 전기적으로 절연체에 근접하므로 상대적으로 높은 전기비저항을 가지게 되며, 따라서 전도체 분말이 혼합된 주입재(20)가 지반내로 주입될 경우 해당 지역의 전기비저항 측정치는 감소하게 된다.

도 2는 전기비저항탐사에 적용되는 전극배열을 예시한 것으로, 도면상 상측은 수직탐사(sounding)를 수행하는 슐럼버저(Schlumberger)배열을 도면상 하측은 수평탐사(profiling)를 수행하는 쌍극자배열을 각각 도시하고 있으며, 전극을 이동하여 측선 및 측점을 형성하면서 측정을 반복함으로써 해당 지반의 수직, 수평 구조를 파악하게 된다.

도 3은 본 발명을 통한 주교 실시 전, 후의 전기비저항탐사 결과를 예시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 주교를 통하여 지반내에 주입재(20)가 확산됨에 따라, 해당 영역의 전기비저항이 감소하였음을 알 수 있으며, 주입재(20)의 지반내 위치는 물론 형상도 파악이 가능함을 확인할 수 있다.

도 3의 하단 도면에서와 같이, 주입재(20)가 주입된 지반의 경우 주변 지반에 비하여 전기비저항의 명확한 감소상태를 나타내게 되므로, 주교를 완료한 후 1회의 전기비저항탐사를 통해서도 지반내 주교상태를 확인할 수 있으나, 도 3의 상단 도면에서와 같이 주교전 주교 대상 지반에 대한 전기비저항탐사를 실시하고 주교후 동일 측선 및 측점에 대한 전기비저항탐사를 재실시할 경우 일층 정확한 검측이 가능하다.

11 : 혼합조
12 : 교반기
13 : 주입펌프
14 : 주입관
20 : 주입재

Claims

지반 내부에 액상 주입재(20)를 고압으로 주입한 후 고결시켜 지반을 개량하는 주교(注膠, grouting) 공법에 있어서,
주입재(20)에 전도체 분말을 혼합 및 교반하여 지반내 주입하고,
해당 지반에 대한 전기비저항탐사를 실시하여 주입재(20)의 지반내 상태를 확인함을 특징으로 하는 전도체 분말 혼입식 주교공법.
청구항 1에 있어서, 전도체 분말은 환원철분(還元鐵粉), 전해철분(電解鐵粉), 분무철분(噴霧鐵粉), 전해동분(電解銅粉) 또는 분무동분(噴霧銅粉)임을 특징으로 하는 전도체 분말 혼입식 주교공법.